静态混合器的制作方法

专利名称：静态混合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于根据权利要求1前序部分所述的静态混合器的 混合构件、以及这种混合构件的使用、以及具有这种混合构件的静态混 合器的使用。静态混合器被用于混合两种或多个流体成分，尤其是气-液 混合物。混合构件应该尤其用在作为扩散器部分的流体传导装置中。混 合构件至少有助于保持扩散器中的均匀混合状态，因为其通过构造设计 阻止任何分层效果和/或影响流过扩散器部分的成分的均勻混合。静态混 合器因此包括具有用于第一直径的成分的进入口和用于第二直径的混合 物的排出口的流体传导装置，同时该流体传导装置具有从第一直径到第 二直径基本上连续增加的直径变化以及布置在扩散器部分的混合构件。 该流体传导装置尤其可以作为基本上连续扩大的管路部件。
背景技术：
从根据EP-A-918146的现有技术中已知的是在混合器壳体提供安装 件以扩大作为扩散器。这些安装件由截头圆锥形同心套表面构成。圆锥 形尖头布置在至少大致位于一点并且安装件的进口横截面各自形成一表 面，它们的边缘具有逆流动方向倾斜的形状。流过扩散器的气体(在EP-A 918146中是污染物)通过安装件更均匀地导通到下游催化剂内。
在用于降低根据BP-A 918146的污染物的装置中，通常所称的边缘 效应，也被称为沟道效应发生在气体通道上。通过流动相对于中心变緩 的边缘流动导致这些边缘效应。这些边缘流动主要通过扩散器内壁处的 摩擦效应引起。在对圆锥形进行加宽时，由于通过上述摩擦效应引起的 制动效应，因此在靠近壁的区域会发生速度降低，这样甚至会导致的问 题是相应的滴状或泡状相也就是分散相，尤其是液体成分本身不能再利 用连续相尤其是气体保持悬浮并分离。
这种气-液混合物例如用作LNG (液化天然气)加工过程中的冷却剂。 该冷却剂包括不同的气态和液态成分，尤其是包括非常易挥发的脂肪族 烃、优选甲烷、乙烷、丙烷和/或丁烷的部分。为了冷却，冷却剂被导入 通常被设计为管束热交换器的热交换器内。该热交换器被设计成具有要
求均匀冷却剂混合物的冷却能力，否则冷却能够不能被用于实现最佳。 如果因而发生冷却混合物的分离，则可能不再达到所需的冷却能力并且 不能保持所要求的能力。因此之前必须使热交换器相应具有过大尺寸。
静态混合器所存在的问题之前的解决方式是常规静态混合器不适用 于基本上连续扩大的管路部件。
已经提出的解决办法是采用具有两个圆柱形混合构件的静态混合 器，这些混合构件中的一个相应具有供给管路也就是管的直径，并且笫 二混合构件具有热交换器入口的直径。在这种静态混合器上采取的措施 已经显示在这种情况下气态和液态成分不能得到均匀分布。为实现这一
目的的混合距离太短；另外，利用这种混合器结构，在具有供给管路直 径的圆柱形混合构件靠近具有热交换器入口的直径的混合构件的点上存 在急剧变化。在当前情况下，两个混合构件优选制成相同长度，使得变 化位于中心。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于静态混合器的混合构件，多相流体流 动尤其是装有液滴的气体流动或装有气泡的液体流动通过所述混合器可 以通过基本上连续扩大的管路部件得到混合传送，同时保持流体的均匀 分布。
通过权利要求1限定的混合构件实现上述目的。 一种用于安装在流 体传导装置内的混合构件，其尤其可以被制成壳体或制成容器外壳，包 括用于至少两种成分的进入口以及用于混合物的排出口 ，所述进入口具 有布置在与进入口中主要流动方向基本上正交的平面上的第一横截面， 所述排出口具有布置在与排出口中主要流动方向基本上正交的平面上的 第二横截面，同时混合构件具有从第一横截面到第二横截面基本上连续 增大的横截面设计。分流层布置在混合构件上，使得可以将混合构件精 确装配在基本上连续扩大的流体传导装置内。混合构件至少部分地设置 在进入口与排出口之间的区域上。通过精确装配可以实现边缘流动在主 要流动方向上从流体传导这种的内壁偏转并且与主要流动一起得到引导 经由所观察的流动横截面穿过具有至少大致相等速度分布的扩散器，并 且更高流动速度的流体流动作为在壁区域方向上从横截面中心区域的平 衡流，由此产生交叉混合并因此提高流体成分的混合。分流层包括尤其
是以扩散器方式制成的流动通道，其有利地具有开放的交叉流动通道例
如在CH "7 120中公开的。安装构件或层设置在这种混合构件的至少一 部分横截面上并且所述成分可以通过它们得到引导，使得可以通过交叉 流动路径产生剪切流，在重叠流动时产生连续涡流，由此可以实现混合 物的连续混合以及在混合器出口方向上的同时流动。
在有利的实施方式中，混合构件包括薄壁材料制成的至少两层。在 更简单的情况下，这种层可以由装配在流体传导装置的扩大横截面中的 平面、薄壁金属板组成，使得每个横截面上的各个层呈现出相互平行的 分段表面，但所述层的分段表面的间距在流动方向上连续增大。通过装 有夹紧扣或插塞连接件的紧固装置的框架将这种扩大的平面层固定在适 当位置。可以将每个层至少紧固在进口横截面也就是静态混合器排出口 的区域。在两个相邻层与基本上正交于主要流动方向布置的流体传导装 置之间形成的面积因此以扩散的方式增大。在各个层之间流动的混合物 随后流过较窄通道，该通道根据混合器的横截面增大而扩大。
这种层可以包括在一个平面展开并且由薄壁板材料制成的重叠结 构，该重叠尤其能够被制成为肋。层可以包括形成开放通道的结构；尤 其可以设置重叠的波状或锯齿状结构。备选地或与其组合地，可以采用 形成闭合通道的结构例如尤其是蜂巢状或管状结构。至少一层尤其可以 包括至少一个流动通道。这些结构包括金属材料；有利地是可以采用金 属板和/或钢板和/或钢合金板，它们不是最小地依赖温度、压力和/或依 赖流动介质的的属性。如果对运送的介质的温度有要求，则还可以采用 耐高温的钢。腐蚀性混合物的运送和混合要求采用耐腐蚀材料，尤其是 耐腐蚀钢，还有陶瓷材料、硅化合物、碳和/或包括PTFE、环氧树脂、 halar、 Tni合金和/或碳化物层的涂层和/或电镀涂层，尤其是通过镀铬 或镀镍施加的涂层。如果混合物还包含固态部分例如灰尘，则对混合构 件安装件的耐擦伤性提出高要求。利用具有耐擦伤性层的混合构件和/或
流体传导装置提高了静态混合器的使用寿命。在各种情况下，连接防污 层也是有利的。对于在冷却或制冷设备上的应用，静态混合器由材料304L 和/或SS316、和/或904L制成、和/或双重和/或1. 4878,它们的特征 在于在低温下具有低变形、耐腐蚀和冷适应性。对于不会经受高温的静 态混合器采用塑料，尤其是聚丙烯、PVDF或聚乙烯。根据权利要求之一 的混合构件的另一应用可以设置在发生化学反应的静态混合器中。为了实施化学反应应该使相互形成接触的流体成分发生快速和均匀的混合。 为此可以制成本身传导催化剂材料流动的层或将催化剂材料施加在优选
上。在另一应用中，可以根据在前一种实施方式制成的层可以包括用于 沉积微生物尤其是细菌的装置。
根据另一实施方式，静态混合器装有流体传导装置，其具有截面是 平的套表面尤其是具有矩形或正方形横截表面，它们形成共同产生流体 传导装置的梯形套表面。这种静态混合器包括至少一个根据在前实施方 式之一的混合构件。
从属权利要求2-8涉及根据本发明混合构件的有利实施方式。采用 根据本发明的混合构件的可行方案尤其是在静态混合器中形成权利要求 9和10的相应主题。
混合构件的至少一层包括表面扩大结构，尤其是流动通道。在下文 中，具有之字形曲折部分的层用作具有表面扩大结构的典型代表。这种 表面扩大结构包括波状部分、肋状部分、具有任何所需几何形状和/或相 对于流动方向的角位置的突起的部分。当在通道结构的横截表面上的图 示方向观察时，之字形曲折部分包括一系列边缘。这些边缘各自在混合 构件的三方向层上形成从起始截面到末端截面的线。在最简单的情况 下，该线是直线；然而其可以具有任何所需弯曲形状，尤其是周期性重 复的弯曲形状。可以例如在用于具有主要流动方向改变的流体传导装置 上的混合构件中采用这种具有弯曲形状边缘的层，通过所述层流动混合 物方向的改变另外导致流动横截面的扩大。
利用具有对称截面例如之字形曲折部分的层，开放通道布置在两个 相邻边缘之间并且其壁通过至少两个分段表面形成，所述表面是平的和/ 或沿所述边缘的曲率。在该应用中，通道具有V形横截面，这是因为通 道的下边界同样通过面对相反方向的边缘形成。在该实施方式中，相邻 分段表面由此布置成相互成小于180°的锐角。
根据一种实施方式，相邻层的边缘以线性形式相互落靠，使得具有 面对相反方向的边缘的两个相邻层实现相互落靠。随后在两个相邻层之 间形成闭合通道，流动混合物被引导通过所述通道。根据该实施方式， 混合物的成分保持处于同一通道，该通道根据流体传导这种在主要流动 方向的扩大像扩散器一样从通向混合器内的进入口 一直扩大到排出口 。
两个相邻层的间距根据流体传导这种垂直于主要流动方向的扩大而从进 入口的横截面增大到排出口的横截面。每个层可以由平板材料制成，所 述材料折叠成使得边缘的高度和两个相邻边缘之间的间距在扩大的混合 构件也就是以扩散器方式制成的混合构件的方向上增大。在这种连接 中，相邻层的边缘实现相互落靠，使得产生相邻层沿共用边缘的线性接 触。如果应该覆盖整个扩散器横截面，则通过这种横截面从进入口连续 增大到排出口的构造形成流动通道。所述层可以由至少两个平的和/或沿
齿形肋或薄片并且包括在肋或一薄片之间延伸的二系列开放通道'的另;卜结
构。例如在CH 547 120中公开了这种结构。还可以根据另一实施方式组 合具有分段表面的层以及具有表面扩大结构的层，使得一个平的层和一 个具有表面扩大结构的层交替相接。在此形成通过在一侧的平直层并通 过在另一侧具有表面扩大结构的层限制的闭合通道。
在根据优选实施方式的混合构件中，相互开放交叉地和/或以扩散器 方式制成相邻层的流动通道。通过这种结构实现待混合成分尤其快速且 高效地混合。根据另一变形，可以设置更好的混合以使具有表面扩大结 构的两个相邻层不发生任何线性接触，而是相邻层的边缘仅点上相互接 触。由于两个相邻层相互成角度地布置，因此可以实现所述点接触。由 此产生的是属于第一层的边缘仅具有与相邻参的多个相应边缘形成的点 接触。该实施方式的实质优点在于流动介质不会像在前所示示例那样一 直在同一通道中流动，而是每次处于不同的通道内，也就是连续改变通 道。在这种情况下，流动介质基本上比在前实施方式更显著地偏转，这 样导致混合的额外提高。对此备选地是，还可以相互组合形成具有不同 部分的两个相邻层，所述部分同样布置成相互成0°-1800之间的角度以提 高混合。
根据另一实施方式，每一层形成具有表面扩大结构的空心主体，但 尤其制成具有肋状、锯齿状或波状表面。由此表面扩大结构的边缘形成 设想成尤其是具有圆锥形状的空心主体的界面。表面扩大结构以0°-180° 的角度向流动方向倾斜。这种形式的多个空心主体可以相互插接。表面 扩大结构的角度有利地是不同于被形成为空心主体的两个相邻层，使得 流动可以在表面扩大结构上多次偏转。
流动通道通过至少两个分段表面邻接，同时一个层的两个相应分段
表面形成共用边缘。具有平直分段表面的流动通道尤其可以低成本且简 单地制成。通过以平直形式和/或至少呈分段圓锥形地构成的层的边缘形 成界面。如果层具有共同形成这种界面的多个边缘，则例如可以通过平 直分段表面^f艮容易地制成平直或圆锥界面，因为可以以简单方式设定并 检查所需尺寸。当为了制造混合构件需要多个相互重叠布置的层并且相 邻层的便于至少在点上相互接触时，界面的形状尤其变得重要。
在混合构件中，通过以平直形式和/或至少呈分段锥形地构成的层的 边缘形成界面。在这种连接中，所有边缘的连接表面都称为界面。具有 表面扩大结构的层的上述实施方式大多具有平直界面，使得相邻层各自 具有共用的这些平直界面中的一种。在不具有表面扩大结构的层中，界 面与层的表面重合。根据另一实施方式，界面还可以表示在空间中以任 何所需方式弯曲的表面。利用具有表面扩大结构的层，表面扩大结构的 边缘同样形成在空间中弯曲的表面。采用具有圆锥形表面的层使得所述 层具有在层之间呈圆锥形形成的界面，适用于具有圆锥形扩大的流体传 导装置的静态混合器。
根据优选实施方式，属于混合构件的一个层的边缘可以被形成为相
互倾斜范围在0。-120。尤其是60。-900的角度a。相邻层的交叉边缘有利 地包括与主要流动方向相反且相同的角度a/2 。
混合构件的横截面从第 一横截面扩大到第二横截面，尤其是以圆锥 形方式，同时出口横截面的直径尤其是相对于进口横截面的直径扩大2-5倍，其等于横截面扩大4倍到"倍。在有利的实施方式中，混合构件 从第一横截面到第二横截面圆锥形扩大；进口横截面的直径尤其扩大2_ 5倍。由于在该实施方式中流体传导装置也圆锥形扩大，因此避免了从向 进入口开放的进口管道的一个横截面(通常为管状管道)向排出口的横 截面的突变。排出口可以被制成通向热交换器或反应器的进入口，混合 物应该极为均匀地进入反应器内。混合物中的气态、液态和/或固态成分 尤其保持悬浮。通过锥形物中的混合构件或构件保持混合状态，这样还 有助于扩散分层。在大多情况下，尤其通过具有交叉流动通道的混合构 件实现成分混合的提高，使得所述成分可以均匀分布在锥形物在进口横 截面下游的每个横截面上。圆锥形状此外为层的安装提供了相当大的益 处，因为流体传导这种的圆锥形状作为用于安装圆锥形混合构件的对中 装置。由于混合构件装配在圆锥形流体传导这种内，因此为了安装仅需
要最小的焊接量。混合构件有利地以扩散器的形式制成，也就是混合构 件采用扩大的横截面，尤其是本身具有圆锥形状。根据混合构件的圆锥 形状通过将混合构件或构件定位在锥形物中而进行装配，由此准确地固 定混合构件在圆锥形流体传导装置中的位置。
在可能的情况下，所迷层应该直接靠近流体传导传导装置，也就是 混合器的内壁。利用线性接触的圆锥形部分，也就是根据层相对于锥形 物的倾斜度，椭圆形、抛物线或双曲线边界线形成平直层或具有表面扩 大结构的层的分段弯曲，尤其是由平直段例如之字形曲折部分构成的表 面扩大结构，其具有圓锥形内壁。以上描述的每个层可以在一个平面展
开；因此可以通过绘图程序根据所述层在混合器中的设计位置产生层的 展开。这些展开还包括除层的边界线之外的弯曲线，使得在每个角度不 同并因此需要复杂的弯曲过程的情况下也可以经济地制造所述层。
用于制造混合器的可行方法包括以下步骤制造具有进入口和排出 口的流体传导这种，所述进入口具有第一横截面，所述排出口具有第二 横截面，同时流体传导装置具有从第一橫截面到笫二横截面连续增大的 横截面形式。通过另一步骤制造混合构件。混合构件包括单独预制并通 过连接构件接合在一起以形成混合构件的多个层。当层的表面结构在一 个平面上展开时，制造得到了简化，因为从平面、盘状基底材料的展开 可以通过切割装置切开并随后可以通过用于产生表面结构的弯曲装置的 得到折叠。该制造尤其适用于金属材料的层。塑料的层在挤压过程或在 注塑过程中以重叠形式制成并随后被切割成所需形成扩大的混合构件尤 其是圆锥形混合构件的形状。在下面的步骤中，连接在一起形成混合构 件的层定位在混合器内。如果混合构件装配在圆锥形流体传导装置内处 于已经得到装配的状态，则需要最少的焊接量。在圆锥形混合器中，通 过锥形物进行层的对中，使得可以直接在流体传导装置内进行展开层的 折叠组装，因为通过流体传导装置本身的圆锥形状进行层的定位，预先 确定所述层的相互对准。对此备选地，还可以在注塑过程或在空模中制 成整个混合构件。
如果采用层与交叉通道结构相对应的设计，则可能因为处于进口横 截面流动路径上层被层靠近内壁的部分的角定位阻挡而产生死区。为 此，生产后必要时检查并打开壳体侧的通道。混合构件与壳体内壁之间 的壁间隙总计不超过相应横截面的2%，尤其是不超过相应横截面的1%，
特别优选地是不超过相应横截面的0.5%,使得显然不会发生通常所称的 "通道效应"。
流体传导装置的壁间隙应该制造得壁两个相邻界面的常规间距更 小，尤其是比表面扩大结构的流动通道的高度更小。流动通道的高度定 义为通过表面扩大结构的边缘形成的两个界面之间的常规间距。壁间隙 应该尤其是最大等于流动通道高度的一半。
利用在进入口区域的轻度分层现象，液相可以再次通过所称的"提 升盘"导入中心并在混合器的横截面上得到分布。在这种连接中，"提升 盘"定义为紧固在流体传导这种内侧，尤其是焊接在流体传导装置内侧 的安装构件。这种安装构件用于将已经收集在流体传导装置最深点的成 分引导回到混合构件内。在这种连接中，安装构件用于作为特定实施方 式的典型代表，例如部分、斜面、盘等等。
除了良好的分布效果和/或混合效果之外，根据以上每个所述的方案 仅产生很小的压力损失。
在有利的实施方式中，安装在恒定横截面管部的混合构件以及根据 在前任何一个实施方式的混合构件可以相互组合。为了获得混合效果的 提高，在通向静态混合器内的进口包括具有扩大横截面的流体传导装置 之前使常规混合构件定位在管部。根据在前的一种实施方式，两个相邻 混合构件布置成可以以0。-90°尤其是60°-90°的角度相对旋转。可以通过 旋转旋转实现流动的另一偏转，这已经尤其证明对所称的具有至少分段 流动通道的实施方式是有利的。
可以在热交换器的上游，尤其是在热交换器的进口区域进行混合构 件的布置。利用扩大的混合构件，流动均匀地分布在流动方向上平均横 截面增大的扩大横截面上，并且确保了在总横截面上的均匀流动。
在用于发射脱氮、用于在催化剂表面上分布发射的方法中、在用于 制造LNG (液态天然气)尤其是用于将气液混合物例如LNG气体加工的 制冷剂导入热交换装置内的方法中采用混合构件。该热交换装置尤其可 以是热交换器，有利地是管束式热交换器。
液态尿素蒸发并于气体流混合以进行发射脱氮。蒸发和混合可以在 静态混合器中同时发生。由于组合的过程管理，因此已经必须在混合状 态下供给尿素/气体混合物以进一步加工到以下过程步骤。另 一应用可以 包括在具有扩大的横截面的静态混合器中蒸发和同时混合的液体。采用
这种类型的混合器对具有可利用空间低的设备由于有利，从而实现混合 物在混合状态下扩大到更大尺寸。
在另外采用的天然气加工中必须使冷却剂得到冷却。冷却剂包括不 同的气态和液态成分，更大部分包括甲烷和乙烷。气态和液态冷却剂的 混合物通常在管路中被引导到热交换器，尤其是管束式热交换器，在那 里冷却剂随后经由多路系统得到冷却。管束式热交换器的进口的规格具
有DN1500-DN2400 ( 1. 5m-2. 4m )的尺寸，这意味着混合器已经从基本上 DN600 ( 0. 6m)经由圆锥物扩大到管束式热交换器的进口内。使得热交换 器可以获得其满容量，气态和固态成分必须在横截面上得到均匀混合并 等量供给到各个管路。热交换器基本上被设计用于气/液混合物，也就是 气/液混合物应该在通向热交换器内的进口横截面上具有均匀分布。
混合构件在汽车构造上的另 一可行应用涉及发动机排气进入催化转 化器内以通过在催化剂表面的催化反应进行污染物尤其是氧化氮(N0x) 的催化分离及其结合。由于排气中静态混合物的可用空间在车辆上尤其 是货车上相对较小，因此具有上述扩大的横截面的静态混合器对于所述 目的极为有利，因为不需要额外的构造空间。还在排气系统中发生废气 以及液态和/或固态成分的分层问题，其中发射装置从相对较小的排气管 开向更大的催化转换器壳体内。使得催化剂不会单方面耗蚀，可以采用 根据在前具有较低压力损失的一种实施方式获得所需的完全蒸发以及同 时进行的均化。
采用根据在前实施方式之一的混合构件的另一可行方案是用于执行 催化和/或生物反应的化学反应技术，尤其是具有扩大的横截面以使单相 或多相流体混合进入反应器的混合构件。气态和液态成分经常必须在进 入反应器之间分散。在成分产生泡沫层以及均匀分布之后，由于流动进 入包含催化剂并且直径相对于管路直径扩大的反应器，因此流动经常增 大。采用静态混合器保持混合物的均匀性。与从向进口横截面供入到反 应器的横截面突变相比，在静态混合器中的下制动效果有助于使气泡不 会很快聚结。
静态混合器的另一应用是在气体液化领域。在气体液化中，不同气 体流混合并随后导入多管路系统内。在选定的应用中，气体在DN600 (0. 6m)的管中混合并随后均匀分成壳体直径DN l2000 (lh)的不同 管。在申请时已经的现有技术中，为此采用隔板。使得每个管容纳相同
的气体部分，可以采用根据在前一种实施方式的静态混合器。
静态混合器的另 一应用是在反应器领域，其中应该将活塞流保持在 通常所称的塞式流动反应器中。在塞式流动反应器中，混合构件确保引 导流体通过活塞流中的圆柱形壳体。如果必须改变直径，则因缺少混合 构件而使活塞流在圆锥形部分内受到扰动。可以利用圆锥形混合构件保 持圓锥形部分的流动特性。
如上所述，上述构造形式的静态混合器还可以与作为预混合器工作 并具有恒定截面展开尤其是空心圆柱形截面展开的静态混合器组合。在
圓锥形构造的静态混合器中进行各个流体成分的混合；具有扩大横截面 的静态混合器主要功能是扩大和/或均匀分布混合物。
为了降低压力损失，还可以在流动关系在管路中占主导的各个混合 构件之间设置间隔。各个圆锥形混合构件之间的短距离不会引起任何显 而易见的分层，但用于在不产生额外压力损失的情况下再次分流。


以下参照附图对本发明进行说明。示出 图1表示平面层混合构件的笫一实施方式；
图2表示具有之字形曲折部分的层构成的混合构件的笫二实施方式。
图3表示平面层与具有之字形曲折部分的层组合构成的混合构件的 第三实施方式；
图4a表示具有之字形曲折部分的层安装在圆锥形混合器壳体中；
图4b表示穿过具有之字形曲折部分的一系列层的截面；
图4c表示两个交叉的具有之字形曲折部分的层；
图5a表示形成圆锥形空心主体的具有之字形曲折部分的第一层；
图5b表示形成圆锥形空心主体的具有之字形曲折部分的第二层；
图6a表示图6a所示具有之字形曲折部分的层安装在圆锥形混合器
壳体内；
图6b表示相对于主要流动方向倾斜的具有之字形曲折部分的边缘
层；
图7表示用于圆锥形静态混合器的两个混合构件的结构；
图8a表示具有正方形横截面的流体传导装置；
图8b表示具有矩形横截面的流体传导装置；
图8c表示混合构件具有开放的交叉流动通道的两个相邻层。
具体实施例方式
图1中示出了用于混合构件的第一实施方式。流体传导装置或壳体1 基本上具有圆锥形状并仅在图1中示出。混合构件包括多个梯形安装件 或层2。在所示实施方式中的每个层被示出具有平表面，但具有根据在前 提及的一个实施方式的任何所需的表面扩大结构都能够设置在所示的至 少一些层上。在所示构造中，流体混合物的流动被引导道从进口横截面9 到出口横截面10的层之间的区域内，箭头11表示主要流动方向。流体 混合物尤其应该被理解为气/液混合物或气体混合物或液体混合物。每个 相可以另外包括固体部分。通过与流体传导装置形状匹配的层2的对准 使流动均匀扩大和分布。所述层的数量和间距实质上取决于每一层的混 合效果。这一点又受流动速度并不至少受流动成分的属性例如尤其是它 们的密度或粘度的影响。摩擦效果可以产生在层和壳体的每个壁上，使 得由于靠近壁的流动在摩擦效果的作用下比主流具有更低的速度而产生 边缘流动，导致在边缘区域和壁区域通过量更低。在所示示例中，通过 固定装置7, 8将层2等间距地固定在一起。根据未示出的另一实施方式， 所述层还可以通过插接连接或夹紧连接紧固在实际流体传导装置的内壁 上。可以将层在圆锥形设计的流体传导装置上的安装设置成使得所述层 预先与固定装置组装在一起并随后作为预制的混合构件12插入壳体内。 这样壳体l的圆锥形状还因此影响预制混合构件12的对中。
图2中示出了具有之字形曲折部分的层构成的混合构件的第二实施 方式。在图2中，为了表示清楚仅示出了两个这样的层3， 4。引导流动 混合物穿过形成V形流动通道的层。在所示的情况下，层3沿共用边缘 15支承在层4上。 一个边缘15属于层4并通常面对主要流动方向，该方 向由在图中示为上壳体壁的流体传导装置的方向上的箭头ll表示。 一个 边缘15属于层3并因此与层4的边缘15线性接触。之字形曲折部分形 成相应层的分段表面13， 14 一起在边缘延伸并形成待混合成分流过的流 动通道。因此通过分段表面13, 14限制流动通道。当相邻层的边缘在进 口横截面9与出口横截面10之间的总长度上相互接触时，形成由相邻层 封闭并由两个相应打开的流动通道5， 6组成的流动通道。以这种方式封
闭的流动通道具有基本上菱形横截面。处于简化安装或提高单个部分流
动混合的原因，可以以与图1所示类似的方式在层3， 4之间设置间距。 相互重叠布置的两个相邻层的边缘15随后不再相互接触，使得不再形成 共用边缘15。而后通过分段表面13， 14形成开放的流动通道。
在图2中未示出层3， 4以及其它层的紧固，因为可以通过与图1所 示相同的紧固装置形成混合构件，还可以设置焊接，尤其是点焊连接和/ 或焊料连接和/或粘结连接等等。
流动方向以及提高混合的其它可行性导致通道具有未示出的流动偏 转装置。为此尤其设置在通道壁上的穿孔金属板、突起；插入流动通道 内并以松散材料的方式分布的接头或表面放大结构。这些结构用在气/液 吸收并作为柱状安装件，尤其是Rasching环、Berl鞍、Intalox鞍、 Pall环、Tellerette结构。另一可行方案是使层本身具有流动偏转结 构，尤其是具有比得上拉伸金属的结构，以及具有已经在混合构件的总 述中提及的结构之一。
根据图3的第三实施方式包括平面层2与具有分段表面13， 14尤其 是具有之字形曲折部分的层的组合构成的混合构件。为了表示清楚省去 了对其它层的表示。还可以采用与具有之字形曲折部分的分段表面不同 的具有分段表面的层代替平面层2。通过层4并通过两个层2形成封闭的 流动通道。层4的边缘15接触层2，但不接触层3的边缘15。流动通道 因此具有基本上三角形的横截面。与混合构件的扩大横截面类似，通过 相邻层2， 3， 4形成的流动通道的横截面在主要流动方向上连续增大。 混合构件具有形成流动通道的层的优点是它们较低的压力损失以及它们 有助于利用简单结构设计产生和/或保持均匀混合。流动介质必须沿着由 流体传导装置预先确定的流动路径的行程；流动混合物的组成因此根据 连续性原理在流动通道中保持恒定，只要在静态混合器中未发生任何化 学反应。仅短时间在流体传导装置中进行流动，因为流体传导装置通常 仅作为从更小直径的第一横截面到更大直径的第二横截面的过渡。因为 路径很短以使在流过流体传导装置时实时发生的分层效应沿流动通道显 而易见。在通常与流动通道的末端重合的出口横截面io—并引导所有的 分流。
在高流动速度下，根据Karman涡流路径原理可以在位于出口横截面 平面的流动通道末端放出涡流，由此可以提高更多的混合。
根据图4a所示的另一有利实施方式，可以形成更好的混合，不再发 生图2所示的两个相邻边缘15的任何线性接触或者图3所示的一个边缘 15与布置在它们之间的层2的任何线性接触，而是设置通过图4c示例所 示的具有之字形曲折部分的两个交叉的相邻层3, 4，其中边缘15仅在一 点相互接触。这种点接触对于边缘15发生在接触点17并且由此实现两 个相邻层3， 4相互成角度布置。由此起到的效果是属于第一层3的边缘 15仅具有一个与层4的边缘15接触的点。相邻层的两个边缘15之间的 角度a处于0°到120°之间，尤其是在60°到90°之间。在尤其有利的实施 方式中，层3的一个边缘15相对于一侧倾斜a/2;相邻层4的一个边缘 相对于主要流动方向的另一侧倾斜a/2。这种结构产生了如在CH547 120 中描述并在后文提及的"交叉通道结构"。在图4a， 4b或4c实施方式 中的边缘层3形成被称为层的界面16的平面。当相邻层布置成它们形成 共用界面时，所述截面包含相邻的层所有接触点。根据该实施方式还称 为交叉通道结构的这种布置实质的优点礼良现在于流动混合物不会一直 在与在前所示变形相同的流动通道中流动，而是每次位于另一流动通 道，也就是连续改变流动通道。在这种情况下，流动混合物基本上比在 前实施方式更显著地偏转，这样导致额外提高混合。在图"中示出层3， 4装有之字形曲折部分和平面界面，仅示出了每个第二层，而已经省去了 相邻层4以提高清楚的表示。已经制成所述层使得在与主要流动方向正 交的横截面上测得的两个相邻边缘最短的可行间距从进口横截面9到出 口横截面IO连续增大，或者还保持恒定，由此层的界面实现相互平行布 置。根据图4a所示的实施方式，相邻界面以从进口横截面9到出口横截 面IO扩散的方式扩大。
这些接触点17中的至少一些可以被制成焊点将相邻层3, 4连接在 一起以形成混合构件。
根据另一变形，相邻边缘3， 4的界面16不会重合，而是彼此具有 小间距，使得相邻层不会相互接触。 一些流动混合物不会通过这种测量 完全偏转，从而流动变慢的更小。对混合的影响取决于待混合的成分、 不同相的比例并取决于分层的趋势。静态混合器的压力损失也受层间距 变化的影响。
在可能的情况下，所述层直接邻接流体传导这种的内壁，如图4a所 示，使得在层3与内壁之间至多保持小间距。利用层3的线性接触，也
就是取决于层与内壁的倾斜度的圆锥形部分、椭圆形、抛物线或双曲线 边界线作为平面或以任何所需方式折叠的层的分段曲线并且由平面段组
成，具有图5a和5b所示的圆锥形内壁。如上所述(图5a所示)的每一 层可以在一个平面展开，因此可以通过绘图程序从混合器中的层的所需 位置展开层。这些展开还包括在边界线之外的弯曲线，使得在每个角度 不同并因而需要非常复杂的弯曲过程的情况下也可以经济地制造所述 层。在图5a中，示出了该交叉通道结构截取的横截面，和图4a —样仅 示出了每个第二层3。如果采用与交叉通道结构相对应的层设计，则可能 因为在进口横截面10流动路径处的层通过层靠近内壁的部分的成角度排 列的阻挡而产生死区。处于该原因，在组装层以形成混合构件之后需要 检查并打开壳体侧也就是内壁上的通道。流体传导装置1的混合构件与 内壁之间的壁间隙比两个相邻界面16的常规间距更小，尤其是比表面扩 大结构特别是所示之字形曲折部分的流动通道5， 6的高度更小，使得显 然不会发生通常所称的"通道效应"。
在图5b中示出了混合构件边界区域上的层3。层3具有靠近流体传 导这种内壁的分段曲线18。如果层的分段表面13， 14直接靠近内壁， 则不产生任何穿过流动通道5的流动。这些分段表面因此布置成至少部 分地与内壁成一间距或者在混合构件组装之后打开以允许流动，
根据图6a和6b的另一实施方式，每一层形成具有表面扩大结构的 空心主体19。空心主体19的表面扩大结构尤其是肋、锯齿状或波状突出 部相对于主要流动方向倾斜成0°-180。角。这种类型的多个空心主体可以 制成使得它们相互插接。在目前的情况下，空心主体19可以完全结合在 空心主体20上，因为空心主体19插入空心主体20内。在所示的实施方 式中，空心主体19， 20具有之字形曲折部分。向外定向并且还向内定向 的边缘各自形成圆锥形的界面。如果空心主体19具有超过空心主体20 的尺寸，这仅意味着空心主体20的内界面达到位于空心主体19的外界 面内，则两个空心主体19， 20斜置安装，使得在混合构件的安装状态下 通过流动介质向空心主体施加力时，完全可以利用空心主体的另外固定 例如通过焊点或紧固装置进行力的分配。夹紧力对操作中层的位置改变 提供足够的安全性。如果可以从安装位置方面考虑，则这种具有基本上 垂直布置的主流动轴线的混合构件可以安装成使得混合物从底部穿过静 态混合器流向顶部。如果存在层相对位移或者甚至是通过流动被运送穿
过出口横截面的危险，则由于它们由轻质材料例如轻金属或塑料制成， 因此保持装置可以选择地设置在出口横截面11的区域上。
图7表示用于圓锥形静态混合器的直接相互靠近部分的两个混合构 件12。这些混合构件由尤其是具有根据在前实施方式之一的之字形曲折 部分的层3组成，相邻层相对倾斜成0。之外的角度。每个混合构件12具 有较高稳定性，因为所述层相互支承并且支承压靠在流体传导装置的内 壁上。通过箭头11表示主要流动方向。
根据未示出的另一变形，两个混合构件12还可以布置成相互成一间距。
在图8a中示出了具有正方形横截面的流体传导装置。该横截面表面 从进口横截面9到出口横截面IO连续增大。在该过程中，正方形的每个 侧面长度连续增大。
在图8b中示出了具有矩形横截面的流体传导装置。该横截面表面从 进口横截面9到出口横截面IO连续增大。在该过程中，仅有矩形横截面 的每个第二侧面长度连续增大；在图8b中其为侧面长度21。在图8b中， 表示出了混合构件的层的界面16。
图8c表示用于图8a或图8b所示实施方式之一的具有之字形曲折部 分的两个相邻层3， 4的结构。另外的层仅通过它们的界面16表示，从 而不会使图8c占用过满。在该变形中，不需要任何专用机械加工步骤靠 近流体传导装置1的内壁完成边界层，使得用于包括具有分段平面套表 面的流体传导装置1的混合构件的制造量建娣。对图4a-4c所示之字形 曲折部分的可行性做出参考，针对各个层从进口横截面9到出口横截面 10的通道扩大的可能性，所示内容又应该作为对文中提及的层的所有其 它实施方式的示例。
附图标记列表
1. 流体传导装置
2. 层
3. 层
4. 层
5. 流动通道
6. 流动通道
7. 固定装置
8. 固定装置
9. 进口横截面
10. 出口横截面
11. 箭头
12. 混合构件
13. 分段表面
14. 分段表面
15. 边缘
16. 界面
17. 接触点
18. 分段曲线
19. 空心主体
20. 空心主体
21. 侧面长度
权利要求
1.一种用于安装在流体传导装置(1)上的混合构件(12)，包括用于至少两种成分的进入口(9)以及用于混合物的排出口(10)，所述进入口(9)具有布置在基本上与进入口(9)中的主要流动方向(11)正交的平面上的第一横截面，所述排出口(10)具有布置在基本上与排出口(10)中的主要流动方向正交的平面上的第二横截面，混合构件(12)具有从第一横截面到第二横截面基本上连续增大的横截面展开，其特征在于，分流层(2，3，4)布置在混合构件上，使得可以形成混合构件(12)精确装配在基本上连续扩大的流体传导装置(2)内。
2. 如权利要求l所述的混合构件，其特征在于，至少一个层(3， 4) 包括至少一个流动通道(5, 6)。
3. 如权利要求1或2所述的混合构件，其特征在于，相邻层(3,4) 的流动通道(5， 6)开放交叉地和/或以扩散形式形成。
4. 如在前权利要求中任意一项所述的混合构件，其特征在于，通过 至少两个分段表面(13， 14)限制流动通道，层(3, 4)的两个相应相 邻的分段表面形成共用边缘(15)。
5. 如在前权利要求中任意一项所述的混合构件，其特征在于，界面 (16 )通过层(3,4)的边缘形成并且被制成平面和/或至少分段圆锥形。
6. 如在前权利要求中任意一项所述的混合构件，其特征在于，属于 层的边缘(15)被形成为相互倾斜，角度a处于0°-120°尤其是60°-90° 的范围内，相邻层(3， 4)的边缘尤其是交叉边缘包括与主要流动方向 相等且相反的a/2角。
7. 如在前权利要。求中任意一项所述的混合构件，其特征在于，混合 构件的横截面从第一横截面到第二横截面尤其是呈圆锥形地扩大，出口 横截面的直径相对于进口横截面的直径尤其是增大2-5倍。
8. 如在前权利要求中任意一项所述的混合构件，其特征在于，流体 传导装置(1)的壁间隙比两个相邻截面(16)的常规间距更小，尤其是 比表面扩大结构的流动通道(5， 6)的高度更小。
9. 一种具有常规混合构件和在前权利要求中任何一项所述的至少一 个圃锥形混合构件的结构，其中混合构件尤其是相邻混合构件布置成相 对旋转0°-90°尤其是60°-90°。
10. 如权利要求9所述的结构，其特征在于，混合构件布置在热交 换器的进口区域的流体传导构件(1 )上。
11. 在天然气加工和/或发射脱氮的方法中采用如在前权利要求中任 意一项所述的混合构件。
12. 采用混合构件执行催化和/或生物反应。
13. —种具有至少 一个如在前权利要求中任意一项所述的混合构件 的静态混合器。
全文摘要
一种用于安装在流体传导装置(1)上的混合构件(12)，包括用于至少两种成分的进入口(9)以及用于混合物的排出口(10)，所述进入口(9)具有布置在基本上与进入口(9)中的主要流动方向(11)正交的平面上的第一横截面，所述排出口(10)具有布置在基本上与排出口(10)中的主要流动方向正交的平面上的第二横截面，混合构件(12)具有从第一横截面到第二横截面基本上连续增大的横截面展开。分流层(2，3，4)布置在混合构件上，使得可以形成混合构件(12)精确装配在基本上连续扩大的流体传导装置(2)内。这种具有混合构件(12)的静态混合器尤其用于天然气加工、汽车构造以及化学反应技术中。
文档编号B01J19/32GK101108316SQ20071010252
公开日2008年1月23日 申请日期2007年5月14日 优先权日2006年5月15日
发明者M·苏纳 申请人:苏舍化学技术有限公司